K488合金平衡相的热力学计算

利用Thermo-Calc热力学计算软件,对K488合金平衡相和合金元素对析出相的影响规律进行了计算和实验两方面的分析。计算和实验结果均表明:合金的平衡相主要有γ、γ'、σ、碳化物,合金凝固过程中Mo,Ti偏析比较严重;随着C和Nb含量的增加,MC的析出量增加而析出温度降低,Ti元素则相反;Al、Ti元素含量的增加,γ'相析出量和析出温度逐渐增加;Cr含量对σ相的析出量和析出温度影响最大;计算和实验结果具有较好的一致性。     

IC10高温合金的微观组织

研究了IC10高温合金的微观组织。研究表明:铸态组织包括γ′和γ,′以及γ γ′共晶相和MC碳化物,其中γ′体积百分数为64%,碳化物相主要是TaC和H fC,碳化物呈骨架状和点状、块状分布,共晶相多为葵花状。热处理后有残留的γ γ′共晶相,碳化物分解并有γ′包覆,γ′相发生球化,晶界上MC分解,并有H fC析出。IC10合金经950℃,3000h长期时效后组织保持稳定,未析出有害的TCP相;长期时效的组织变化表现为γ′的长大和条状化;枝晶间二次析出细小的富H f的MC相;晶界上析出少量的M6C和M23C6。     

一种低Cr高W型铸造镍基高温合金的显微组织及其稳定性

研究了一种具有第一代单晶合金高温强度水平,其成分为Ni 1.5Cr 10Co 16W 2Mo 6Al 1Ti 1Nb 0.1C 0.02B 0.1Zr的普通铸造镍基高温合金的显微组织及其长时组织稳定性。对试验合金铸态及850℃/3000h,950℃/1000h,1100℃/50～500h热暴露后的显微组织进行了光学金相、定量金相、扫描电镜和能谱分析。结果表明:取样部位的截面尺寸不同直接影响合金铸态组织中相的尺寸及含量,其中大截面尺寸部位共晶γ′的含量少而尺寸大;截面尺寸对MC碳化物含量影响不大,但其尺寸随着截面尺寸的增大而明显增大。本试验用合金具有优良的组织稳定性,在850～1100℃长时热暴露均无有害的TCP相析出,其碳化物反应是MC的缓慢分解和M6C沿晶界、枝晶间和共晶γ'周围析出,在1100℃/500h热暴露以后,仍然保留原始铸态组织中约50%的MC碳化物。     

固溶温度对含铪高钨K416B镍基高温合金组织的影响

通过对含铪高钨K416B镍基高温合金进行不同温度固溶处理后的组织形貌观察,研究固溶温度对K416B合金组织的影响。结果表明:随着固溶温度的升高,在合金元素的扩散作用下,合金中的二次枝晶尺寸略有增大,使枝晶间的共晶含量逐渐减少,促使合金组织致密化;同时合金中的γ′相发生溶解,使其尺寸减小;在高温固溶处理期间,枝晶间区域的初生条状MC相发生分解形成粒状M_6C碳化物;而共晶处的大尺寸块状M_6C相形态与数量无明显变化;固溶处理使偏聚于枝晶干的元素W向枝晶间扩散,而Hf、Nb、Ti和Cr元素向枝晶干扩散,大幅降低合金各元素的偏析程度。组织研究结果表明,1220℃保温4 h为合金组织状态最佳的固溶热处理工艺。     

Ni—Al—C—Ti—（Hf,Nb,Ta）四元合金的凝固组织

对所设计的四种Ni-Al-C-Ti(Hf,Nb,Ta)四元镍基合金分别在相同的工艺条件下进行定向凝固。组织结构分析表明,它们的凝固组织和相变特性均与工业高温合金相似,可作为研究工业高温合金的模型合金。上述四元镍基合金的凝固组织具有以下特点:(1)碳化物形成元素的枝晶偏析按Hf、Nb、Ti、Ta减小;(2)TiC和HfC具有大体相似的形态,呈不规则块状:而NbC和TaC则呈发达的汉字体状,这种差别是引起工业高温合金中MC碳化物形态变化的根本原因;(3)含Ti和含Hf合金中的γ-γ′共晶数量多于含Nb和含Ta合金。     

化学成份调整和热处理对DS Mar—M200高温合金力学性能的影响

Hf和Zr促进了γ+γ′共晶、MC_((2))和Ni5M相的生成。在含等原子百分数Zr和Hf的合金中,Zr在共晶γ′内的溶解度比Hf低,Ni_5M相中Zr含量比Hf高。Zr的这种分布有利于形成Ni_5M相,降低了Zr的强化效果。1130℃/3小时处理有效地消除了Ni_5M相,因此使合金的初熔温度升高。1100℃/4小时沉淀处理形成尺寸为0.5μm的立方状γ′沉淀,在760～1050℃整个温度范围使含Hf合金的蠕变强度远高于不含Hf的合金。与无Hf合金相比,含Hf合金的低周疲劳(LCF)寿命更长。当以Zr部分或全部代替Hf时也有类似的倾向。更高的凝固速度由于组织更细和取向更优而延长了LCF寿命。表面滑移分析表明,含Hf和不含Hf合金中相邻晶粒都出现两组滑移交割,但无Hf合金的柱晶界易出现开裂。Mar-M200合金LCF试样表面裂纹数目和单位面积上裂纹长度很高。MC开裂主要发生在垂直应力轴方向的长条形碳化物上,然后向枝晶间区扩展。含Hf合金则由于滑移带的分离而沿结晶学平面开裂。     

Hf和Re含量对Co-Ti-V高温合金γ/γ′两相晶格错配度的影响

通过对不同含量Hf和Re的Co-Ti-V高温合金进行组织形貌观察和X射线衍射分析,研究不同含量Hf和Re合金中γ′相形貌与γ/γ′两相晶格错配度的关系。采用EDS分析合金中各元素的分配行为与γ/γ′两相晶格错配度的关系。通过对不同成分的合金进行1000℃高温压缩实验,研究Hf和Re含量对合金高温压缩性能的影响。结果表明:随着Hf含量的增加,γ′相的形貌由立方形转变为球形,γ/γ′两相的晶格错配度减小;随着Re含量的增加,γ′相的形貌由立方形变为长条状,且γ′相变得粗大,γ/γ′两相的晶格错配度减小;通过EDS分析,Co、Hf和Re元素在γ相中富集,而Ti和V元素在γ′相中富集;随着Re含量增加,合金的屈服强度和抗拉强度均增加;随着Hf含量的增加,合金的屈服强度和抗拉强度先减小后增大。     

新型Ni_3Al基定向高温合金IC10

介绍一种新型1100℃用涡轮导向叶片合金.该合金不含元素Ti而含有1.5wt%的Hf,并且Al Ta Cr含量高于19wt%,具有良好的抗氧化性能,同时持久强度达到国外一代定向合金水平,铸造性能突出.IC10合金的碳化物主要为TaC和HfC,并且由于次生MC(2)的生成,抑制了产生M6C相.采用1180℃,2h的预处理消除低熔点Ni5Hf相,提高了合金的初熔温度.测得了IC10合金700℃,980℃的低循环疲劳寿命曲线以及600℃1100℃的热/机械疲劳寿命曲线.利用IC10合金研制的某发动机高压涡轮导向叶片正在进行地面试车考核.     

单晶高温合金中的碳化物演化及其作用的研究

研究了一种含微量(0.015%)碳的镍基单晶高温合金在热处理和持久过程中的碳化物演化机制以及各种碳化物对合金持久性能的影响.研究结果表明:含有少量碳的合金在枝晶间区域形成少量的MC碳化物;部分MC碳化物在合金热处理和持久试验过程中发生了由MC向M6C的碳化物转变;在较高温度的持久实验过程中,有立方形的二次M6C碳化物析出,在较低温度下,有二次M23C6碳化物共格析出,两者都起到阻碍位错运动的作用.与基体合金相比,含微量碳的单晶高温合金的持久性能较高.     

9Cr13Mo3Co3Nb2V马氏体不锈钢微观组织研究

对不同热处理状态下的微观组织结构进行了研究.采用物理化学相分析技术研究了9Cr13Mo3Co3Nb2V退火、淬火以及最终热处理制度下析出相的类型、含量及组成结构式.并用X射线小角散射(SAXS)(small angle x-ray scatter)分析了不同热处理制度下析出相在不同粒度间隔中的质量分布.结果表明:①9Cr13Mo3Co3Nb2V钢退火状态的组织为珠光体 碳化物(M23C6,MC和M6C),淬火状态组织为马氏体 碳化物(M23C6和MC),最终热处理状态的组织为回火马氏体 碳化物(M23 C6,MC和M3C);②小颗粒(≤300nm)碳化物析出相粒度分析表明,9Cr13Mo3Co3Nb2V钢退火、淬火状态析出相平均粒度相差不大,粗大颗粒较多,而最终热处理状态的析出相平均粒度明显减小,且细小颗粒比例较大.     

1100℃时效对DM02合金显微组织的影响

研究了1100℃时效对一种新型等温锻造用模具合金DM02的显微组织的影响.将合金在1100℃分别时效100h,200h和500h.使用X射线衍射仪和扫描电镜分析了时效时间对合金相组成及显微组织的影响,采用透射电镜确定析出相类型.研究结果表明,时效过程中合金发生碳化物反应析出M6C相,随时效时间的延长,M6C相数量增多,γ′粗化.枝晶间析出M6C相主要呈针状、块状,枝晶杆M6C相析出量少,主要呈针状.     

异种高温合金电子束焊接接头析出相

利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)与能谱仪(EDS)对GH141/GH907异种高温合金板材电子束焊接接头区域析出相进行研究,包括GH141热影响区,GH907热影响区以及焊缝区域。结果表明:异种高温合金电子束焊接热影响区无新析出相的产生;在现行热处理工艺下,GH141热影响区析出相为密布于基体的方形颗粒状γ′相、随机分布的粗大块状MC型碳化物及沿晶界析出的M6C型碳化物;GH907热影响区析出相为密布于基体的针状ε相及分散分布的块状G相Nb3Ni2Si;焊缝区域存在析出相与两种焊接母材都不同,一种为平行或交错分布的针状新析出相,一种为细小的方形或椭球形颗粒状新析出相,其中颗粒状析出相为正交晶系NbTi4。     

涡轮叶片蠕变损伤行为及固溶处理对叶片材料性能的影响

涡轮叶片是航空发动机及地面燃气轮机的重要热端部件,研究其损伤行为对涡轮叶片的制造及修复工作均有重要的意义。本文研究了长时与短时服役涡轮叶片的蠕变损伤行为,发现二者在蠕变空洞的形成机理上大致相同,而γ′相与碳化物的退化反应则有所差异,长时服役涡轮叶片的γ′相形貌更加粗大且不规则。对于碳化物,长时服役叶片的碳化物发生了由一次MC型向二次M23C6型的分解,而短时服役叶片的碳化物发生了由MC(1)型向MC(2)型的转化。此外,针对两种不同的叶片材料(K002和GTD-111高温合金),研究了不同的固溶处理制度对γ′相溶解行为的影响,发现提高固溶温度和增加固溶保温时间可以促进两种材料γ′相的溶解行为;而随着固溶时间的增加,两种材料的溶解激活能均逐渐增大,K002合金在不同固溶保温时间中的溶解激活能均大于GTD-111合金。     

C含量对第二代单晶高温合金组织的影响

在高温度梯度真空定向凝固炉中,制备不同C含量的单晶高温合金,研究不同C含量对第二代单晶高温合金显微组织的影响。结果表明:C含量对合金枝晶间距的影响较小;随着C含量增加,共晶含量和尺寸减小,碳化物含量增加,其形貌由块状向骨架状、汉字状转变;随着C含量增加,Ta元素枝晶偏析减轻,Re,W,Mo,Nb元素枝晶偏析加重;C含量对铸态和热处理γ'相尺寸和形貌影响较小;热处理后碳化物的形貌无明显变化。     

热处理温度对Co-Cr-W合金微观组织和力学性能的影响

采用粉末冶金法制备Co-Cr-W合金,利用SEM、EPMA等研究热处理温度对合金微观组织和性能的影响。结果表明:Co-Cr-W合金在1100℃×4 h/炉冷条件下进行热处理,合金的相组成与未热处理前相同,基体由γ-Co和ε-Co双相构成,合金中的碳化物增强相为富W的M6C和富Cr的M23C6型碳化物;在1150～1250℃热处理4 h,合金基体为γ-Co单相构成,增强相为M6C和M23C6型碳化物;在1100～1200℃范围内,随着热处理温度升高,块状M6C型碳化物和颗粒状M23C6型碳化物长大,ε-Co相减少并消失,合金的致密度提高,抗拉强度增加,但当热处理温度超过1200℃,合金的性能无明显变化;在1200℃×4 h/炉冷条件下进行热处理,合金的性能最佳,硬度为63.5HRC,抗拉强度为408 MPa。     

Hf和Zr在高温材料中作用机理研究

在高温合金中,元素Hf和Zr可以促进γ γ′共晶、MC(2)碳化物、M2SC碳硫化物和Ni5M相的形成,改变草书状MC和M3B2成为块状并且通过净化晶界或枝晶间自由态的S来提高这些薄弱部位的结合强度,从而延迟裂纹的形成和扩展.Hf和Zr可提高铸造高温合金室温拉伸和中温持久的强度和塑性.Hf,Zr抑制次生碳化物M23C6和M6C的生成,从而提高了合金在高温长时热暴露时的显微组织稳定性.Hf,Zr降低合金的初熔温度,Ni5Hf和Ni5Zr相的初熔被认为是Hf,Zr影响初熔的主要原因.通过1150℃/8h的预处理,Ni5Hf以Ni5Hf γ(C)→MC(2) γ反应或者固溶两种方式被消除.元素Hf可以缩小枝晶间失去毛细管补缩能力和固相线之间的温度范围,还能降低枝晶间液池沟通所需的液体量.在凝固后期枝晶间的富Hf熔体具有很好的流动性、浸润性和趋肤效应,这些都是降低合金热裂倾向、提高合金可铸性和焊接性能的有利因素.具有高的化学活性的富Hf液膜容易在铸件表面形成Hf2O薄层.Hf和Zr是钎焊用中间层合金的降熔点元素.根据凝固过程中富Hf,Zr熔体的成分最终发展出Ni-18.6Co-4.5Cr-4.7W-25.6Hf和Ni-10Co-8Cr-4W-13Zr两种中间层合金,使单晶高温合金的无Si、B连接成为现实.还发展出了定向凝固片状Ni3Al/Ni7Hf2共晶合金,成分为Ni-5.8Al-32Hf和Ni-4Al-26Hf-8Cr-4W.Ni-5.8Al-32Hf合金的最佳凝固条件为温度梯度G=250℃·cm-1和凝固生长速率R=5μm·s-1;Ni-4Al-26Hf-8Cr-4W,凝固条件为G=350℃·cm-1和R=1μm·s-1.     

Ni-Cr-Al合金Ti+Nb微合金化前后相含量及其分布对高温性能的影响

研究了Ni-Cr-Al合金及其Ti+Nb微合金化+时效处理后,合金中相含量及其分布对900℃拉伸及900℃/29.5MPa持久拉神性能的影响.结果表明,微合金化后,合金中γ′及M23C6相总量增加; 其900℃抗拉强度和900℃/29.5MPa持久寿命相应增加;晶界上MN相含量的增加以及M23C6相含量的减少有利于合金高温抗拉强度和持久寿命的提高.     

Mo含量对IN718合金组织和力学性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜及能谱分析等手段,研究Mo对IN718合金组织和力学性能的影响。结果表明:Mo抑制晶界δ相析出,当Mo含量高于5.50%时,晶界上不再析出δ相,转而析出白色颗粒状Laves相,Mo含量升高,Laves相析出数量增加;Mo对晶内强化相析出类型无影响,Mo含量升高,盘状γ″相和球状γ′相析出数量无明显变化,但析出尺寸明显减小;经过标准热处理后,Mo略微降低IN718合金的室温抗拉强度和680℃屈服强度,但可大幅提高合金680℃/725 MPa持久寿命;Mo对合金的持久塑性无明显影响。     

含硅镍基铸造高温合金的相成份和热稳定性

利用物理—化学相分析和差热分析法研究了硅对Ni-Cr-Co-W-Al-Ti-Nb-Hf-C系合金结晶时的相成份变化及相变过程的影响,合金中硅含量由0.05％增加至0.4％,引起不等轴共晶γ-γ′析出分量的增加,并从熔融合金中补充析出以HfC为基的Me_C和MeC型碳化物。在高温等温持久及蠕变条件下,硅引起碳化物转变,加剧了γ′-相的凝聚,这样就降低了合金的寿命和瞬时塑性。     

DD5镍基单晶高温合金凝固过程元素偏析的相场模拟

作为航空发动机涡轮工作叶片的主要材料,镍基单晶高温合金凝固过程中的元素偏析易造成组织的不均匀性,进而影响其高温力学性能。选取国产二代单晶高温合金DD5作为研究对象,以3mm/min的抽拉速率制备单晶试棒,通过组织观察与热力学计算确定其铸态组织的相组成,包括γ相,γ’相与碳化物。采用电子探针显微分析对合金元素在枝晶干与枝晶间的偏析行为进行了线扫描,确定Re、W的正偏析及Al、Ta负偏析特性,且枝晶间的碳化物中Ta含量较高,推测其为MC型碳化物。在此基础上借助Micress相场软件,对凝固过程的组织形貌演化与元素偏析行为进行了模拟,其形貌特征与光镜组织观察结果相一致,元素分布与EPMA结果相符。